一起廢熱鍋爐爆管泄漏原因分析及對策措施

胡定永

（吉林石化公司電石廠丙烯酸酯車間，吉林吉林132021）

一起廢熱鍋爐爆管泄漏原因分析及對策措施

胡定永

（吉林石化公司電石廠丙烯酸酯車間，吉林吉林132021）

充分利用裝置生產過程中的余熱來產生蒸汽，達到降低蒸汽能耗的目的。分析廢熱鍋爐運行中出現的一起列管爆管事故，查找引起爆管及鍋爐水水質發生異常的原因，找出解決辦法。改善廢熱鍋爐水質指標，保證鍋爐設備長周期穩定運行。

廢熱鍋爐；結垢；對策

0 前言

2011年3月，丙烯酸裝置廢物焚燒系統后部廢熱鍋爐汽包下面出現嚴重漏水，導致廢氣焚燒爐緊急停車檢修。經檢查，發現廢熱鍋爐列管有5根（管徑38×3 mm，材料20#鋼）被燒斷，造成95℃脫鹽水大量外漏。拆卸外漏的列管檢查，發現管內嚴重堵塞，內有一層灰白色膏狀物，質地堅硬。將堵塞物經破碎后檢測，其主要成分為CaSO4和SiO2，其中CaSO4含量在50%左右。該廢熱鍋爐已經連續運行20年，列管內結垢物堵塞造成水流不暢，列管外壁受煙道氣腐蝕致管壁減薄，列管外溫度高，造成列管的高溫干燒等綜合作用，是造成本次爆管事故的主要原因。圖1是廢熱鍋爐列管外觀圖。

1 廢熱鍋爐工藝流程簡介

鍋爐為尾氣焚燒系統的撤熱設備，采用壓力1.5 MPa的泵輸送95℃鍋爐給水進入廢熱鍋爐，通過與焚燒后的煙道氣換熱產生飽和蒸汽，飽和蒸汽壓力0.5 MPa，設備管程介質是水+蒸汽；管外介質是燃燒煙氣；鍋爐操作壓力0.5MPa；鍋爐操作溫度160℃；煙氣入口溫度700～800℃；給水溫度95℃；本體材料20#鋼，系統工藝流程見圖2。

2 裝置鍋爐運行現狀

自裝置1992年開車以來，廢熱鍋爐已經連續運行20年，2010年停車期間檢查時，曾發現過爐管有減薄和泄漏的部位，當時檢修時對減薄和泄漏的列管進行了維修和部分更換。由于鍋爐外壁為燃燒分解的丙烯酸煙道氣，根據工藝氣體的成分來看，含有少量的乙酸等酸性氣體，加之鍋爐本體材料為普通碳鋼，采用渣油作為動力燃料，可能存在因渣油壓力不穩定導致生產波動時有燃燒不完全的酸性煙道氣腐蝕外管壁的問題。當時考慮到此問題后，僅從煙道氣燃燒不完全上進行了分析，認為造成減薄和泄漏的主要原因是煙道氣燃燒不完全，含有酸性氣體介質腐蝕，并未進一步分析其他方面，如循環水串漏導致水質變化的原因，也未引起足夠的重視，在一定程度上留下了安全隱患。另外，因檢修經費緊張，鍋爐一直未得到整體更換。與此同時，公用工程中的循環水系統處理不徹底、硬度高，給蒸汽冷凝器使用循環水。冷凝器使用20年后，也出現不同程度的泄漏。只能修補已發現的泄漏部位，運行一段時間后，其他部位又出現泄漏，致使硬度高的循環水串入鍋爐給水系統，加速了水垢的形成，最終釀成事故。多種隱患綜合產生的結果在本次事故中徹底暴露出來，造成系統緊急停車事故。圖3為裝置鍋爐管壁結垢情況照片。

圖1 廢熱鍋爐列管外觀圖

圖2 系統工藝流程

圖3 鍋爐列管外壁結垢情況照片

3 廢熱鍋爐爆管原因分析

焚燒系統停車后，對產生爆管泄漏的列管取出，送專門的檢測機構對列管的壁厚進行了檢測，發現泄漏部分的列管壁厚普遍低于管壁壁厚標準3 mm，有的甚至達到了0.2 mm，并有不同程度的凹坑出現在管壁表面，見圖4。

根據管壁厚度檢測結果和外壁腐蝕減薄情況，并結合焚燒爐歷年運行情況，尤其是在冬季燃料油經常帶水發生波動而停車，停車后由于人員經驗和操作技能的影響，尾氣繼續進入焚燒爐而未及時切斷，此時進入的尾氣未經過焚燒，直接進入后部，對列管表面產生酸性腐蝕。所以，生產波動導致的酸性腐蝕是造成此次事故的原因之一。通過對列管取出物進行檢測，灰白色膏狀物為CaSO4和SiO2，其中CaSO4含量在50%左右，質地較硬，不溶于水，由此可以判斷產生結垢的原因是給水水質被破壞，產生嚴重結垢堵塞列管，遇到高溫干燒，使得列管發生腐蝕減薄的部位被燒斷而漏水。

針對此次事故，就列管腐蝕減薄和堵塞的原因進行了討論，一致認為是3個原因所致。

（1）裝置鍋爐水系統硬度和電導率一直偏高，而且外供脫鹽水水質達標，排除了此種可能，根據冷凝器的使用情況判斷是列管發生泄漏，使得本來用于換熱的循環水串入鍋爐給水，而鍋爐給水硬度高使換熱器結垢，影響傳熱，使鍋爐效率降低和產生爆管的可能，縮短使用壽命。若給水水質不達標，水質中含鹽、硬度高，則會嚴重影響鍋爐的安全運行，會使鍋爐列管結垢，蒸汽品質惡化。輕則影響換熱效果，縮短使用壽命，重則發生爆管等安全事故[1]。

（2）由于動力燃料渣油不穩定，導致焚燒爐經常波動而頻繁的開停車，使得含酸性的尾氣未能及時切斷而直接進入廢熱鍋爐，腐蝕列管表面，日積月累，致使列管外壁減薄而泄漏。

（3）由于結垢的形成，傳熱能力顯著降低，在水流緩沖區水垢越積越厚甚至堵塞，使得列管壁溫度升高，承壓強度也會隨之降低[2]，加之常年腐蝕減薄等綜合作用，造成列管被干燒破裂。

4 鍋爐結垢的原因分析

2011年裝置停車大檢修期間，重點檢查廢熱鍋爐的列管，更換了減薄和腐蝕的變形的列管，對列管壁附著的一層灰分進行取樣檢測，發現含有微量的丙烯酸和乙酸；同時對整個鍋爐給水系統進行全面排查。在拆卸蒸汽冷凝器封頭時，發現蒸汽冷凝器列管大量漏水。經冷凝后的回流入鍋爐給水罐的水與外供脫鹽水進行對比后，發現硬度明顯偏高。由此確認循環水串漏，對串漏的8根列管進行堵塞處理。泄漏及腐蝕的冷凝器列管見圖5。

根據本次檢修問題的發現并結合鍋爐水水質分析中硬度的變化情況，確認循環水串漏是造成鍋爐水水質超標從而導致結垢的主要原因。而循環水場的循環水已有2年未經過有效徹底的處理，水中的鈣、鎂鹽進入鍋爐，受熱分解成難溶物沉淀吸出，牢固地粘接在受熱面內壁上[3]，形成密實的水垢。日積月累，水垢越積越厚，加之列管外壁受含酸性的煙道氣沖刷腐蝕，最終導致斷裂而漏水的緊急停車事故。

圖4 廢熱鍋爐列管外壁腐蝕情況

5 應采取的預防對策措施

（1）加強鍋爐給水水質分析，從源頭上進行預防。把好上游脫鹽水水質和蒸汽冷凝液水質分析達標，對蒸汽冷凝器一旦發生泄漏，應立即進行檢修或更換，杜絕帶病運行，不留安全隱患。對與循環水發生串聯的蒸汽系統管線，要設置雙聯閥，并堵加盲板加以隔離，防止串漏。

（2）加強鍋爐排污管理。由于水垢的形成過程是一個漸進的過程，所以在初期形成的碳酸鹽水渣，通過加大排污量和排污操作頻率，比較容易除去，

（3）加強焚燒爐的穩定運行，減少波動。穩定好動力燃料，控制爐膛溫度應≥700℃，保證尾氣中的有機物充分焚燒，降低對列管外壁酸性腐蝕發生的頻率，或者在尾氣進入焚燒爐的管道上設置緊急切斷閥，一旦焚燒爐停車，該切斷閥與焚燒爐停車信號聯動，立即切斷尾氣，縮短人為的反應時間，降低未參與焚燒的尾氣直接腐蝕列管外壁的可能性。

（4）進行工藝改造，使用清潔燃料。通過技術改造，使用更為清潔的燃料（如天然氣）替代渣油，通過降低焚燒爐波動的頻率來降低對列管外壁酸性腐蝕發生的頻率。

（5）加入除垢劑，根據本次廢熱鍋爐垢樣的分析結果含硫酸鈣和硅酸鹽較多的實際，選用目前較先進的聚羧酸類阻垢分散劑和有機膦系列阻垢劑法處理。

從2011年檢修后，車間更加重視鍋爐給水水質的影響，先后采取了一系列控制措施，如2012年實施了天然氣替代渣油的技術改造，極大地提高了焚燒爐的操作穩定性；2013年對與循環水串聯的系統進行了全面檢查確認，設置了雙聯閥并堵加盲板，杜絕串漏的發生；2013年更換了該廢熱鍋爐；2014年更換了使用循環水換熱產生列管泄漏的蒸汽冷凝器；2014年相關責任部門對循環水場進行改造，重新預膜和加藥處理，使循環水水質中的鈣離子、鎂離子、鐵離子和二氧化硅含量達標。

2014年通過對循環水系統進行加有機膦系列除垢劑處理并更新蒸汽冷凝器后，各項指標效果變化明顯。到2015年1月處理后的鍋爐水水質pH值（25℃）=7.2，控制標準pH值7～9.3；硬度（CaCO3）15 μmol/L，控制指標≤50 μmol/L；電導率（25℃）= 7 μs/cm，控制標準≤8 μs/cm；總鐵含量0.2 mg/L，控制標準≤0.5 mg/L；堿度62 μmol/L，控制標準≤1400 μmol/L。

通過上述一系列措施的實施，在2015年檢修時，廢熱鍋爐給水管道無明顯結垢情況，列管無堵塞，外壁未曾受到腐蝕減薄。

圖5 冷凝器列管腐蝕及泄漏情況

6 結束語

通過裝置發生的廢熱鍋爐列管爆管事故，分析事故原因，提出系列預防措施。通過實施措施前后對比，驗證了措施的正確性，對延長鍋爐運行壽命效果明顯。

［1］沈文朋.王蓉.張合生，等.廢熱鍋爐換熱管爆管事故分析及防止措施[J].化工機械，2014，41（2）.

［2］李杰.顧素蘭.陸頻.一起鍋爐爆管原因分析及對策[J].化工裝備技術，2014，35（6）.

［3］江德山.水垢與鍋爐爆管[J].民營科技，2013，（1）：26.

［4］呂長欽.丙烯酸及酯生產與管理[M].北京：中國石化出版社，2009.

［5］陳敏恒等.化工原理[M].北京：化學工業出版社，2006.

〔編輯 利文〕

TH17

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.16